锅炉三管漏泄原因及防止措施

邓 彬

(新疆美克化工股份有限公司，新疆 库尔勒 841000)

1 锅炉三管漏泄概况

新疆美克化工股份有限公司自建厂以来经常发生锅炉三管漏泄事件，从2007 年9 月A 锅炉投入运行到2010年初，锅炉“三管”出现了8次泄露故障，导致运行锅炉被迫停炉检修。具体原因见表1。

表1 锅炉泄漏原因

2 省煤器磨损漏泄原因及防止措施

省煤器的故障主要是磨损，尤其是燃用劣质煤的锅炉。

2.1 磨损机理

由于流过锅炉受热面的烟气具有一定的速度，在烟气中又含有形状不规则的固体颗粒，这些颗粒流经受热面时，就会对受热面产生撞击和磨擦。磨损主要是由于灰粒对管壁撞击和磨削引起，磨损之所以多发生在冲击角为30°～50°的部位，是由于烟气速度﹑飞灰浓度﹑粒度随时都在变化的结果。

2.2 省煤器易磨损的部位

省煤器的磨损，主要表现为局部磨损和均匀磨损两个方面，尤其是局部磨损易引起省煤器漏泄，其位置多发生在省煤器左右两组的中部弯头﹑靠近前后墙的几排管子﹑错列省煤器顺烟气流向的第二排管子以及管卡附近的管子和局部防磨损措施不当易引起其附近管子磨损的部位等。

2.3 对飞灰磨损的主要影响因素

飞灰磨损与飞灰浓度﹑灰粒的物理化学性质﹑烟气流速以及受热面的布置与结构特性有关，此外，还与运行工况有关。同时灰浓度大，容易引起强烈的磨损。因此，循环流化床炉尤其是烧含灰量较高的燃料时，磨损问题更为严重。此外，如果在烟道局部地区造成飞灰浓度集中，例如烟气走廊，也会引起严重磨损。如果燃料灰粒中多硬性物质，灰粒粗大而有棱角，受热面所处烟温较低而使灰粒变硬，则灰粒的磨损性也加大。

烟气流速的影响最为严重，磨损量与速度成三次方关系。因此，布置受热面时，应使烟气流速不太大，更应避免局部地区流速过大。在水平烟道的过热器两侧及底部﹑下降烟道的省煤器靠后墙处，均易发生磨损破坏。这是由于这些地方有烟气走廊，烟气流速特高，有时可比平均流速大3～4 倍，这样磨损就要大几十倍。这些地方的飞灰浓度也随烟气流速增大而增大，尤其是在省煤器区，烟气温度低，灰粒变硬，磨损就更严重。

锅炉负荷增加，烟气流速也就增加，飞灰磨损就加快。烟道漏风增加，也将使烟气流速增高而加快磨损，运行中燃烧不良，飞灰含碳量大量增加时，因焦碳粒比灰粒硬而加快磨损。又如受热面发生局部结渣堵灰现象，将使烟气流偏向一侧而加快这一侧受热面的磨损。

2.4 防磨措施

防止省煤器磨损的途径有两个方面，一是消除磨损源，二是限制磨损速度。在目前采用的防磨措施中，主要是限制磨损速度，主要有以下一些：

（1）降低烟气流速。实践经验告诉我们，影响磨损的关键因素是烟速，严格地说，应该是烟气中飞灰颗粒的速度。关于烟速对磨损速度的影响有不少计算公式，绝大多数公式表明磨损速度与烟气速度的三次方成正比，有的则认为随着烟速的进一步提高，磨损速度会超过三次方的关系。由此可以看出，降低烟速，对防止磨损的重要性。

在实际工作中，降低烟气速度的方法有：①扩大烟道，增加烟气流通面积；②横向截距S1取极值；所谓S1取极值，就是当S2（纵向截距）为某一给定值时（一般S2=45mm），S1取值是以斜向烟速不大于进口烟速的极大值。 ③减少管排，增大流通截面。将省煤器的管排数，每隔3 排或4 排减少1 排，这样可以增大流通面积，降低烟速。实践证明这是简单易行的办法，但不足之处是排烟温度会升高，热效下降。④加大管排横向截距，保持纵向截距不变，改短单管圈为长双管圈。 ⑤消除中间弯头处的走廊，降低烟速。为了减少中间弯头处的磨损，在省煤器改造中，常采取交错管圈，使左右两组管圈相互错开，达到消除中间走廊，减少磨损的目的。 ⑥采用防磨装置。一般常使省煤器蛇形管平行于前墙布置，这样使磨损只在靠后墙的少数管圈上有可能发生，在这几排管圈上加防磨板保护。

（2）采用鳍片式省煤器。鳍片式省煤器具有以下一些优点： ①能合理地选取横向截距S1﹑纵向截距S2，以降低烟气速度；②可以避免气流斜向冲刷管束，同时由于管子和鳍片的绕流作用，改变了烟尘的速度场﹑粒度场﹑浓度场，从而大大地降低了磨损速度；③节省钢材，降低成本；④占有空间小，省煤器的总高度大约降低40%；⑤工质侧及烟气阻力可以在设计中调整。

（3）锅炉运行中，应保证合格的煤颗粒度，注意调整燃烧，减少飞灰中的含碳量，同时要严格控制锅炉本体﹑空气预热器和物料循环系统的漏风量，尤其是炉底漏风，这对防止受热面的磨损和超温具有相当重要的意义。

3 水冷壁管漏泄原因及防止措施

3.1 炉内受热面磨损的危害

（1）炉内受热面磨损造成泄漏，高压汽水混合物直接剧烈冲刷造成更多邻近水冷壁管泄漏，有时汽包水位都很难维持，泄漏处床温急剧下降，两侧床温温差大，被迫停炉。

（2）受热面爆管后处理起来难度较大，而且要较长的时间组织人员清理床料，重新加入床料；受潮床料板结导致无法重新流化，甚至造成风帽大面积堵塞，往往要付出更大的人力﹑物力才能处理好，是各发电企业最为头疼的难题。

（3）炉内受热面磨损停炉，使机组连续运行时间终止，停炉后的检修周期长（煤粉炉水冷壁泄漏，一般3d 即可修复启动，循环流化床锅炉水冷壁泄漏，至少需要7d 时间才能修复启动，若爆管严重，检修周期持续10～15d），机组等效可用系数降低，经济效益不能保证。

3.2 炉内受热面磨损的原因

循环流化床锅炉炉内受热面磨损机理与煤粉炉有很大的不同，一方面大量烟气和固体颗粒在上升过程中对水冷壁管进行冲刷；另一方面由于内循环的作用，大量固体颗粒沿炉膛四壁重新回落，对水冷壁管进行剧烈冲刷。特别在水冷壁管和耐火材料层过渡区的凸出部位。因没有上行气流，沿水冷壁管下来的固体颗粒形成涡流，对局部水冷管壁起到一种刨削作用。 影响水冷壁磨损的主要因素有：

（1）烟气流速的影响：烟气流速越高磨损越严重，磨损量与烟气流速的三次方成正比。一次风量越大，磨损量越大。另外二次风量越大，对炉内燃烧情况的扰动越剧烈，水冷壁磨损量也越大。

（2）烟气颗粒浓度的影响：烟气内颗粒浓度越大，水冷壁磨损量越大。因为颗粒数目越大，对管壁的撞击和冲刷越强烈。在循环流化床锅炉运行过程中，负荷越高，床层密度及床层差压越大，说明颗粒浓度越大，磨损量也越大。循环流化床锅炉由于其特定的燃烧方式，炉内的固体物料密度为煤粉炉的几十倍到百倍以上。

（3）燃料性质的影响：燃料颗粒硬度﹑灰分越大，对水冷壁管壁的切削作用越强烈，磨损量越大。尤其在掺烧煤矸石或其它高硬度燃料时，会大大缩短水冷壁管爆管的运行时间。

（4）安装及检修质量的影响：锅炉安装及检修质量不好，例如，受热面鳍片没有满焊，大量颗粒外漏，造成对水冷壁管侧面的磨损。或管屏表面留下大量焊接后的凸起部位，形成颗粒涡流加剧磨损。

（5）耐磨材料脱落：在炉膛密相区排渣口﹑二次风口﹑给煤口处管壁都会因耐磨材料脱落造成磨损。

（6）锅炉本身动力场的影响：由于炉膛内烟气流速分布不均匀，四角处的烟气流速比中间大许多，所以磨损情况比其它部位严重。

（7）炉膛密相区与稀相区间水冷壁管磨损严重，密相区与稀相区交界段的水冷壁管易被床料冲刷减薄。

（8）当水冷壁管内有沉积物时（垢或水渣），在这些沉积物下面会引起水冷壁腐蚀，这种腐蚀称为酸﹑碱腐蚀。这是因为炉水中的酸性﹑碱性盐类破坏了金属保护膜的缘故。

在正常运行的条件下，水冷壁管内壁常覆盖着一层Fe3O4的保护膜，它具有良好的保护性能，使水冷壁免受腐蚀。但如果炉水pH 值超标，就会使保护膜遭到破坏。当pH 值为9～10 时，水冷壁管腐蚀速度最小，此时保护膜稳定性高。pH 值过高或过低都会使腐蚀速度加快。当pH 值过高时，易发生碱性腐蚀。pH 值过低时，易发生酸性腐蚀。所以在正常运行条件下，要求炉水pH 值保持在9～10 的范围内。

当炉水中含有游离的氢氧化钠时，就会使炉水中的pH 值升高，引起碱性腐蚀。凝汽器泄漏会将冷却水中的MgCl2﹑CaCl2带入锅炉，在炉水中生成盐酸，引起水冷壁管的酸性腐蚀。

为防止水冷壁管的垢下腐蚀，首要的任务是加强化学监督提高给水品质。尽量减少给水中的铜﹑铁含量，降低给水的碳酸盐碱度，减少炉水中游离的氢氧化钠。为此，必须防止凝汽器泄漏。此外，还必须保持锅炉良好运行方式，保证连续排污﹑定期排污的正常运行，控制炉膛局部热负荷不要过高，对于新投运和运行一段时间后的锅炉，应按规定进行化学清洗等。

（9）水冷壁因膨胀受阻而拉裂的现象时有发生，被拉裂的重点部位是炉膛四角和下联箱接合处附近。被拉裂造成泄漏的具体部位，多数是大滑板与水冷壁管焊接处，该处的焊点大部分是由于安装时焊接质量不高，加之运行中大滑板与水冷壁膨胀不一致，经多次启停炉后，就从焊点处拉裂泄漏。

3.3 防磨措施

（1）在保证床料充分流化的前提下，尽量降低一次风量；

（2）在维持氧量的前提下适当调整二次风量，合理搭配上下二次风量，保持合适的过剩空气。

（3）适当降低密相区高度，延长燃煤颗粒在炉内的停留时间，减小对水冷壁管的冲刷，同时也会降低飞灰含碳量。根据负荷变化选择合适的床层差压﹑床层密度及烟气流速，提高旋风分离器分离效率，延长固体颗粒在炉内的停留时间。

（4）运行人员要关心来煤质量，根据排渣情况判断煤矸石含量﹑筛分粒度，利用班前﹑班后或休息天到运煤皮带﹑煤场走一走，了解情况，及时向相关部门提出控制煤矸石和提高煤颗粒均匀度的意见建议，减小煤矸石和大颗粒在来煤总量中的比例。

（5）运行人员要根据锅炉床压情况，及时排放粗渣，减少粗渣对炉内受热面磨损。

（6）从运行管理方面，可以采用提前预控的办法，通常根据以往锅炉运行周期来判断运行锅炉炉内受热面磨损情况，按计划申请停炉，检查更换磨损严重的管壁，减少非停次数。这种方法对减少非停有非常积极的意义，但也存在弊端，若停炉后检查不彻底，锅炉运行后很短时间内又发生泄漏，被迫停运再次检修，非但没有减少非停次数，还多了一次检修，必然导致大量的电量损失。

客观讲，炉内受热面磨损是必然存在的，通过运行管理，可以在很大程度上延缓磨损，提高锅炉的连续运行时间，但安装检修工艺的提高和防磨技术的提高也是必不可少的。

目前普遍采用的防磨技术有：（1）提高密相区耐磨浇筑料和水冷壁管加装防磨护板，将水冷壁四脚涂抹浇注料，在壁面采用防磨梁的措施，减少物料对管壁的冲刷磨损（加了防磨梁后，水冷壁磨损小了，但是循环物料量也相对少了，锅炉负荷提升受到了限制，后来我们又将防磨梁拆了，在以后运行中继续摸索）；（2）耐磨浇筑料上的裸露水冷壁管进行热喷涂，提高管壁表面硬度；（3）采用让管设计，改变物料运动方向，一定程度上避开或减小磨损。(4)选择质量较好的耐磨浇筑料和技术水平高的施工队伍，确保耐磨浇筑料在机组正常运行时不脱落。

随着循环流化床锅炉机组运行时间增长，各种耐磨材料技术飞速发展，发电厂运行人员水平日益提高，检修及安装工艺水平也得到了很大改进。现在我厂流化床锅炉连续运行时间大幅度提高，有的机组连续运行时间已经超过200d，原因就是防磨问题基本得到了有效解决。

4 过热器漏泄原因及防止措施

过热器分辐射﹑半辐射和对流3 种形式。引起过热器漏泄的原因主要是超温，磨损和腐蚀引起的漏泄现象也时而有之。

4.1 超温、过热

受热面过热后，管材金属温度超过允许使用的极限温度，发生内部组织变化，降低了许用应力，管子在内压力下产生塑性变形，使用寿命明显减少，最后导致超温爆破。因此，超温导致过热，使设备安全系数降低，应严格控制蒸汽温度的上限。过热分长期过热和短期过热，长期过热是指管壁温度长期处于设计温度以上而低于材料的下临界温度，超温幅度不大但时间较长，锅炉管子发生碳化物球化，管壁氧化减薄，持久强度下降，蠕变速度加快，使管径均匀胀粗，最后在管子的最薄弱部位发生脆裂的爆管现象。长期超温爆管主要发生在高温过热器的外圈。低温过热器的向火面均可能发生长期超温爆管。长期过热爆管的破口形貌，具有蠕变断裂的一般特性，管子破口呈脆性断口特征，爆口粗糙，边缘为不平整的钝边，爆口处管壁厚度减薄不多。短期过热是指当管壁温度超过材料的下临界温度时，材料强度明显下降，在内压力作用下，发生胀粗和爆管现象。短期过热常发生在过热器的向火面直接和火焰接触及直接受辐射热的受热面管子上。

在过热器的临修中，超温爆管占的次数最多，超温的原因归结起来有以下3 个方面：烟气侧温度高，工质侧流速低和管材的耐热强度不够。出现以上3种情况的原因有：

（1）火焰中心上移。造成火焰中心上移的原因特别多，如锅炉机组的漏风﹑燃烧调整不当﹑煤质变差﹑空气动力场偏斜﹑高加未投等都会造成火焰中心上移，炉膛出口烟温升高，飞灰含碳量增加，由此带来过热器超温，并使烟气通过的各部位磨损加剧，排烟温度升高。所以控制火焰中心，对锅炉安全经济运行具有十分重要的意义。

（2）锅炉启动和低负荷时，因工质质量流速偏低，如果操作不当容易引起超温爆管，尤其是屏式过热器。

（3）热偏差。在过热器工作过程中，由于烟气侧各种因素的影响，各平行管中工质的吸热量是不同的，这种平行管列工质焓增不均匀的现象称为热偏差。过热器的热偏差决定于管子的热力特性﹑水力特性和结构特性。在现代大型锅炉中，由于锅炉尺寸很大，烟温分布不易均匀，炉膛出口处的烟温偏差达200～300℃，而蒸汽在过热器中的焓增又很大，致使个别管圈的汽温偏差可达50～70℃，严重时达100～150℃以上。为了减小过热器的热偏差，可以将过热器受热面分成几级，并在各级之间用中间集箱进行充分的混合。因为在同样热偏差的情况下，分级以后，由于每一级中工质的平均焓增减小，而使焓增偏差的绝对值减小，因而使热偏差的影响减小。将过热器分级后，在蒸汽过热的过程中，随着蒸汽温度增加，其比热容不断下降，因而在最末级过热器中，工质的比热容最小，使得在同样热偏差的条件其温度偏差最大，而最末级过热器的工质温度又最高，工作条件最差，因而末级过热器的焓增更要小些，这样对减小末级过热器汽温调节的惯性也有好处。

（4）设计安装不当。设计和安装的质量对过热器的超温有相当大的影响，尤其是设计，表现为以下几个方面：①同屏管数设计过多，这样会由于吸热不均和流量不均使得热偏差增大。②质量流速偏低，这是引起过热器爆管的重要原因之一。当现场发现这一故障源时，一般都采取割掉部分管段的办法来提高工质流速，也有个别电厂采取提高材质的办法来弥补。③减温器设计不合理。减温器内套设计过长会影响雾化质量。在锅炉启动初期，如果升温速度过快，喷水量很大时，就容易引起过热器产生“水塞”，严重时容易引起过热器爆管。④管内有异物堵塞。⑤钢材裕度不够。

为此，要防止过热器超温爆管，必须在运行﹑设计﹑安装等各个方面做好工作，同时还必须利用大小修的机会加强蠕胀检查，消除各部位漏风及尽力做到燃烧系统及各有关设备的完好，这样才能减少过热器超温爆管的发生。

4.2 磨损

过热器的磨损主要是飞灰冲刷磨损，这种磨损易发生在烟气走廊﹑烟气流速突变的局部位置附近，如蛇形管排的弯头及穿墙部位，特别是卡子附近更容易发生局部冲刷磨损，中间集箱水平段的浇注料易磨损掉落，导致管道外漏磨损爆管；炉膛与旋风分离器间的水平烟道处的浇注料易磨损，导致旋过管道裸露磨损爆管；旋风分离器内的中心筒上部与烟道焊接处磨损，导致中心筒掉落,影响锅炉正常物料循环；炉膛与旋风分离器间的水平烟道尾部的浇注料磨损，墙面不光滑，易加速壁面的烟尘冲刷等。

因此在锅炉大小修中要认真检查对流过热器管排出现烟气走廊处，穿墙管和卡子附近。对卡在蛇形管排中间的异物，如铅丝﹑铁板﹑搬手等，一旦发现，一定要认真细致地检查异物附近的蛇形管有无局部磨损，并把异物取出。对布置在水平烟道中的垂直式过热器，尤其是布置在竖井上部低温对流过热器和旋过管排弯头和两侧墙管排的冲刷磨损，在大小修中，一定要作为防磨防爆的重点检查部位，认真检查并做好技术记录加强监视。

4.3 腐蚀

过热器的高温腐蚀，主要发生在高温对流过热器出口部位的几排蛇形管。高温腐蚀是由燃烧中的硫和燃料灰分中的碱金属以及钒所引起。对于燃煤锅炉来说，主要是硫和碱金属引起。

防止高温腐蚀的方法是降低过热器的壁温，使其不超过580℃，则高温腐蚀速度可以大大降低。燃烧时，采用低氧燃烧﹑投运石灰石系统以减少氮氧化物和SO2的生成量，这样就可以降低高温腐蚀速度。

5 防止锅炉“三管”爆漏预防措施

锅炉“三管”泄漏的因素较多，必须针对不同的原因从运行和检修以及管理等方面采取预防措施。

（1）加强检修管理，制定实施防磨计划。 提高认识，加强“三管”的检查监督力度。防磨防爆人员要充分利用大﹑小修对三管进行宏观检查，坚持“逢停必检”原则，掌握锅炉“三管”金属长期运行中的性能规律，发现和消除金属事故的隐患。对高温腐蚀﹑磨损﹑胀粗﹑鼓包﹑应力集中等情况加强检查，发现问题及时彻底地处理。加强金属监督和化学分析，对热负荷较集中部分采取割管检查和化学分析，对易结焦﹑易磨损﹑吹灰器易吹薄的部位进行测厚检查，对过热器﹑再热器等易超温的部位进行金相分析。加强三管附件的检查，如防磨瓦﹑管排卡子和护体铁，整理管排严防形成烟汽走廊。对检修焊口做好无损探伤检验，把好焊接质量控制关。同时要提高检修水平，针对设备老化进行受热面更换等技术改造。

（2）加强运行管理和炉水监督。运行人员要认真操作，按规程升降负荷。日常密切监视三管报警情况，严防受热面“三管”超温，加强对管壁温度的监视，减少管壁超温。燃料专业要加强入炉煤快速分析预报工作，为运行人员精心操作﹑勤调整提供依据，便于运行人员及时调整一﹑二次风，合理调整风煤量和过剩空气量，使煤在炉内充分循环燃烧。认真进行燃烧调整，控制火焰中心不倾斜，严格控制各部件的参数，严禁超限运行，加强受热面吹灰，防止局部结焦超温。加强炉水监督，保证品质合格等。

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